In uno studio pilota, ricercatori della North Carolina State University e dell'Haverford College hanno utilizzato vibrazioni acustiche naturali, o onde sonore, per monitorare lo stato dei materiali granulari. Questo approccio passivo rappresenta un modo per sondare materiali disordinati o granulari senza disturbarli, e può consentire ai ricercatori di prevedere il fallimento di questi materiali.

materiali granulari, come la terra sotto di noi, può fallire a causa di eventi spontanei come i terremoti. Ma è difficile sondare o misurare questi materiali per prevedere il fallimento. Il fisico dell'Haverford College ed ex ricercatore post-dottorato della NC State Ted Brzinski e la fisica dello NC State Karen Daniels hanno deciso di esaminare le onde sonore emanate dal materiale per caratterizzare i diversi modi vibrazionali del materiale.

I modi vibrazionali sono i modi in cui qualcosa può oscillare, o spostarsi all'interno. Una piccola molecola può oscillare solo in pochi modi, Per esempio, ma gli oggetti più grandi avranno più modalità, che sono influenzati sia dalle posizioni che dalle masse dei componenti. In un sistema disordinato o amorfo di materiali granulari, come terra o ghiaia, il numero di modalità diventa rapidamente troppo grande per prevedere o misurare direttamente.

Però, ad ogni modalità è associata una particolare frequenza acustica. L'approccio di Brzinski e Daniels misura le frequenze dei modi vibrazionali attivi nel materiale, dando loro un'istantanea acustica della "salute" complessiva del materiale.

Per testare la loro tecnica hanno creato un sistema granulare composto da 8, 000 perline polimeriche circolari ed ellittiche. Hanno registrato le emissioni acustiche di oltre 1, 100 eventi stick-slip, che è ciò che accade quando le placche tettoniche scivolano l'una sull'altra in un terremoto, e hanno classificato le frequenze presenti nei segnali acustici associati al cedimento imminente.

"Le frequenze più basse sono associate alle modalità 'floppy', il che significa che c'è molto più movimento, mentre le frequenze più alte sono associate a modi rigidi o rigidi, " dice Brzinski. "Ciò che la gente ha visto nei sistemi modello è che, poiché si hanno più modalità floppy del previsto, più sei vicino a perdere rigidità. Lo slittamento si verifica quando si perde la rigidità. I nostri test hanno confermato questi risultati del sistema modello:i guasti si sono verificati quando c'erano più modalità a bassa frequenza del previsto".

"Ma non si tratta solo di ascoltare per vedere quali frequenze sonore sono presenti; dobbiamo guardare alla proporzione delle modalità, " dice Daniels. "Sappiamo che i materiali prossimi alla rottura hanno molti modi a bassa frequenza. Il nostro metodo conta il numero di determinati tipi di modalità al fine di prevedere il fallimento. La bellezza della tecnica è che puoi monitorare il sistema senza alcuna interferenza, semplicemente ascoltando. Il metodo è abbastanza semplice, e può farci prevedere il comportamento dei materiali disordinati".

La ricerca appare in Lettere di revisione fisica .